Trong khi phần lớn chúng ta hoặc yêu thích hoặc khiếp sợ những con nhện đang bò lững thững trong góc nhà thì một nhóm nhà khoa học tại Đức đã chọn cách tiếp cận hoàn toàn khác: họ xem nhện là chất liệu nghiên cứu tương lai và thực hiện một bước đột phá khoa học quan trọng - chỉnh sửa gen loài vật này bằng công nghệ CRISPR-Cas9.
Công trình nghiên cứu ấn tượng này vừa được công bố trên tạp chí khoa học Angewandte Chemie , do nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Bayreuth (Đức) thực hiện, dưới sự dẫn dắt của giáo sư Tiến sĩ Thomas Scheibel, người đứng đầu Khoa Vật liệu Sinh học của trường.
CRISPR-Cas9 từ lâu đã được mệnh danh là “kéo di truyền” nhờ khả năng cắt và chỉnh sửa DNA với độ chính xác cao. Công nghệ này từng giúp tạo ra các chủng muỗi kháng sốt rét hay ong bắp cày có đặc điểm di truyền đặc biệt, và đóng vai trò quan trọng trong nhiều nghiên cứu y học, thậm chí mở ra hy vọng điều trị tận gốc nhiều căn bệnh di truyền.
Tuy nhiên, áp dụng CRISPR vào loài nhện là một thử thách lớn chưa từng được giải quyết, cho đến nay. Nguyên nhân chính đến từ việc nhện là loài động vật có cấu trúc gen cực kỳ phức tạp, đa dạng về loài và mang bản tính ăn thịt đồng loại cao, khiến việc nuôi nhện trong môi trường thí nghiệm tập trung trở nên khó khăn.
Dù vậy, loài nhện nhà Parasteatoda tepidariorum (thường xuất hiện trong các gia đình) lại cho thấy nhiều đặc tính phù hợp để trở thành mô hình nghiên cứu, và chính là đối tượng được lựa chọn cho thí nghiệm tiên phong này.
Lý do các nhà khoa học "đặt cược" vào nhện bắt nguồn từ chính loại vật liệu mà chúng tạo ra: tơ nhện. Không chỉ nhẹ, mềm dẻo và có khả năng phân hủy sinh học, tơ nhện còn nổi tiếng với độ bền cơ học vượt trội, thậm chí mạnh hơn cả cáp thép khi so cùng khối lượng.
Đó là lý do khiến các nhà nghiên cứu vật liệu từ lâu đã mơ đến việc nhân tạo hóa hoặc cải tiến tơ nhện cho nhiều ứng dụng trong y học, công nghiệp hoặc kỹ thuật hàng không.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã phát triển một dung dịch tiêm chứa CRISPR-Cas9 và một chuỗi gen mã hóa protein huỳnh quang đỏ (RFP). Dung dịch này được tiêm vào tế bào trứng chưa thụ tinh trong cơ thể nhện cái.
Khi những con cái này giao phối, thế hệ con được sinh ra mang đặc tính di truyền mới, trong đó có khả năng sản xuất ra tơ nhện phát sáng dưới ánh sáng nhất định, nhờ protein huỳnh quang.
Việc đưa vào gen phát sáng không nhằm mục đích thẩm mỹ, mà là để đánh dấu thành công của quá trình biến đổi gen. Khi tơ nhện phát ra ánh sáng đỏ dưới đèn huỳnh quang, đó là dấu hiệu cho thấy CRISPR-Cas9 đã hoạt động như kỳ vọng, tích hợp được đoạn mã mong muốn vào cấu trúc DNA của nhện.
Giáo sư Scheibel cho biết: “Chúng tôi đã chứng minh, lần đầu tiên trên thế giới, rằng CRISPR-Cas9 có thể được sử dụng để đưa một trình tự mong muốn vào protein tơ nhện, từ đó cho phép chức năng hóa các sợi tơ này”.
Theo ông, điều này mở ra khả năng "tùy chỉnh" tơ nhện để phục vụ các mục tiêu khác nhau như tăng độ bền, khả năng kết dính, hoặc tích hợp các đặc tính mới phục vụ ngành công nghiệp vật liệu.
Tương lai, loại tơ nhện được chỉnh sửa gen có thể dùng trong các ứng dụng y học như chỉ khâu sinh học, vật liệu cấy ghép, hoặc trong công nghệ dệt kỹ thuật cao, thậm chí là làm vải chống đạn siêu nhẹ.
Bên cạnh đó, vì tơ nhện có khả năng phân hủy sinh học, nó cũng là vật liệu lý tưởng trong thời đại đang khát khao tìm kiếm giải pháp bền vững thay thế nhựa và các chất tổng hợp độc hại.
Lấy link